軀體的智慧 · 第十六章 交感—腎上腺系統在穩態中的作用

I 在前面的章節里我按照C．貝納德(Claude Bernard)的見解強調了一個事實：我們並不是生活在環繞我們的大氣之中。我們和大氣之間還隔著一層死的細胞，或是隔著一層黏液或鹽溶液的膜。在這些無生命表層之下生活著的一切活體都浸浴在體液——血液和淋巴液之中，後者組成一個內環境。當內環境即液床急劇變化而發生明顯的危險時，我們能夠清楚地看到最大限度地保持恆定所具有的首要意義。C．伯爾納以深刻的洞察力看出恆定性的保持是自由而獨立的生命的條件。當我們外出週遊時我們隨身攜帶著自己的內部氣候，因而周圍環境的變化，比如說溫度、濕度或氧含量等，除非在極端的情況下，對我們賴以生活的內環境的影響是很小的。但如果沒有那些在正常情況下時刻準備好的防止災害的精確裝置的作用，這種安穩的恆定性，即穩態，是得不到保證的。在機體內外兩方面都可以出現能很快引起嚴重紊亂的條件，如果這些條件占了優勢的話。 例如，外傷可以破壞血管並使體液丟失，但是血液凝固的出現就是一種保護作用。並由於交感—腎上腺系統的作用使凝塊形成加速，從而提高了血液凝固作用的止血效能。如果發生意外的出血而造成大量失血時，交感—腎上腺系統就會再度活躍而收縮外周血管，這樣即可減少有明顯出血趨勢部分的血液流動，從而繼續保證重要的和保持恆定活動的器官即心臟和腦的血液供應。 此外，外界的寒冷可能奪走機體的熱量從而給內環境造成溫度下降的威脅。交感—腎上腺系統會迅速行動起來以避免這種危險。它收縮外周血管來減少溫熱血液在表層的暴露。在一些動物中它引起毛髮和羽毛的豎立，這些動物用這類方法來保護自己，以便在身體周圍形成一個導熱不良的空氣層。一旦機體需要額外的熱來保持體溫不致下降時，交感—腎上腺系統就向血循環中分泌腎上腺素以增加機體氧化過程的速度。 由於停留在高海拔地帶，或由於毒素——像一氧化碳——的作用，可能發生對機體供氧的減少。這時交感—腎上腺系統再次出來維持穩態。它使心臟泵血作用加快，內臟區域血管網收縮，其結果是重要器官的血流加速。再進一步就是脾臟發生收縮，釋放出無數額外的紅細胞以供機體利用。通過交感—腎上腺系統的這些作用大大減少了可能產生的嚴重障礙。 然而外部條件並不是影響內環境的唯一因素。機體本身的活動也能打亂穩態；而且，如果不加以防止，就可導致嚴重的紊亂。我們已經知道，在內部的干擾條件當中，劇烈的肌肉活動占據突出的地位。我們現在來評述一下極度的體力活動所帶來的變化以及它是如何通過機體液床的調整來防止內環境的改變的。 II 肌肉活動伴隨有糖的消耗。前面已提到長時間的跑步能顯著地減少血糖，還可以減少肝內糖元的儲存。我們也提到了，通過肝切除或用胰島素使血糖下降到45毫克％左右時，會引起驚厥；如使它繼續下降，則引起昏迷和死亡。但是在正常情況下，在發生驚厥之前，交感—腎上腺系統就發生作用而使糖從肝臟釋放出來，只要引起低血糖的因素不是嚴重到無法克服的地步，所放出的糖足以轉危為安，而交感—腎上腺系統也就回到停止活動的狀態。所以，儘管運動著的肌肉對糖的需要量很大，而血糖水平仍能維持在發生嚴重危險的限度以上。 此外，劇烈的肌肉活動伴有熱的產生。如前所述，當軀體的大量肌肉群從事長時間的和最激烈的活動時，所產生的熱量可以大到幾乎難以相信的地步。除非這些多餘的熱得到散發，內環境的溫度可以升高到危險的程度。曾有報告說人的體溫可因用力活動而升高到40．5℃(104．9oF)。如果活動時間再延長下去，只要體溫再升高兩度，就可以因腦部敏感的神經細胞所產生的種種結果而導致不幸。為了對抗這種危險，交感神經系統就來執行保護的職責，外周血管舒張，開始大量排汗，散熱過程就大大加快，於是體溫的升高很快地得到遏止和抵消，而高溫的有害後果也得以避免。 再進一步來看，當一個人從事激烈的肌肉活動時，血液的狀態會出現一種傾向，使它從近於中性的反應向著酸性方向變化。如我們所已經知道的，這是由於肌肉神經活動使碳酸和乳酸增加而產生的後果。酸的產生不是沒有危險的，如所周知，在病理情況下一種「酸中毒」的狀態可以發展到損害神經系統機能的程度，而且如果這種狀態得不到糾正，則將繼之以昏迷和死亡。遠在到達這種狀態之前，作為肌肉活動的結果會開始發生校正作用和保護作用，這兩種作用會有力地維持下去。這種對策的重要特點是，第一，過剩的酸被吸收到血液的種種緩衝物質中；第二，立即供給額外的氧以便把非揮發性乳酸氧化(用其他方式不易除去)，使之成為揮發性碳酸，後者能被迅速排出；第三，加速呼吸，將二氧化碳呼出並把大量的氧吸入肺中。簡言之，循環和呼吸機制發揮了最大的作用。交感—腎上腺系統再次介入以免液床陷入嚴重的紊亂。循環系統的調整——內臟血管的收縮、心跳的加速、脾臟釋放額外的血球——這一切都是通過交感—腎上腺系統而實現的。此外，該系統可能還起著一種使呼吸通暢的作用，因為它能迅速有效地擴張細支氣管從而減少呼吸空氣時的摩擦阻力。通過這些不同的作用，血液中酸鹼比例的穩態一旦遭到嚴重威脅時，交感—腎上腺系統就在保持這種穩態方面擔當一個最重要的角色。 前面的討論表明，外環境狀態以及機體本身在外環境中的處境所產生的反應，都和內環境中發生的障礙聯繫著。只要我們的機體繼續保持效能，我們個體內的一般趨勢就不會發生重大的變化。所以，對於內環境的恆定性來說，外部世界的每一個變化以及與外界關係中發生的每一個重要的變動，必定在機體內部產生糾正作用。我們在許多例子裡已經指出，這種糾正作用的主要裝置就是自主神經系統的交感神經部分。 III 上面著重討論了交感神經，也就是交感—腎上腺機制的巨大重要性，下面我想來敘述動物在切除自主神經系交感部分後的生理狀況，該實驗是紐頓、摩爾和我進行的。我們已知，真正的交感神經元的特徵之一是，其細胞體要位於沿脊柱兩側排列的神經節鏈上，上自頸部的頸上神經節到位於骨盆的融合神經節(見圖35)。神經節是與第一胸節到第二或第三腰節這一段脊髓相連。在神經節鏈上，外周神經元的營養中心(細胞體)都聚集在一起，特別是在胸，腹部，神經節與脊髓直接相連，這就使人們能夠把這一部分神經節完整地摘除掉。如果神經節被摘除了，節後纖維必定發生變性，而且如郎利(Langley)所作的證明，來自中樞神經系的節前纖維，不能和正常情況下受節後纖維支配的器官形成有效的連結。因此，交感神經鏈的摘除必然導致這些器官永遠脫離中樞神經的控制。 我們摘除交感神經鏈的方法有兩種。第一，我們分別取出頸、胸、腹各部分的交感神經鏈。圖39就是在這種手術後健康生存的 圖37：完整摘出的胸腹交感神經鏈標本的一部分。經乾燥後用火棉膠固定於卡片上，攝成照片。 許多動物中的一例。這是一隻經過切除半月神經節及交感神經鏈各個部分的貓的照片。所摘出的各個部分貼在一張卡片上，貓和它自己原有的卡片同時拍入照片中。每部分標本下面標明摘出日期。這種手術方法的缺點是，有時不能切下在胸腔下部靠近橫膈的一兩個神經節。為了避免出現這種可能性，我們把從星狀神經節到骨盆中神經節的胸、腹部神經鏈連續不斷地成串摘除。圖37就是這種完整摘除的實例。從行使機能這個意義上來說，用這種方法摘 圖38：圖示摘除了右側胸腹交感神經鏈的貓，遇冷後有神經支配的部分可看到豎毛現象。 右頸神經節與中樞神經系統失去聯繫，但仍保持與右半側頭部立毛肌的聯繫。注意該部分無豎毛現象。除的是整個交感神經系，這一點是沒有疑問的。我所以說「從行使機能這個意義」，是因為頸部交感神經並未切除，但是頸部交感神經節的節前纖維穿過兩側的星狀神經節，因此摘除星狀神經節必然會切斷頸部神經節與中樞神經系的聯繫。頸神經節在這樣的狀態下不再發生作用，為了弄明白這一點可注意圖38所表示的情況。右側 胸、腹部交感神經鏈已全部被摘除。當該動物遭受寒冷時，其左側受神經支配的毛就豎立起來。注意一下右側頭部的毛，雖然它仍受被隔離的頸神經節的支配，但並不參與對寒冷的反應。所以，很清楚，胸、腹部分神經鏈的摘除完全取消了交感神經對內臟的控制。 圖39：照片中的貓為106號，在全部切除交感神經後此貓仍能生下小貓，一隻小貓正在哺乳，另一隻在母貓背上嬉戲。 IV 首先引人注目的事實是切除交感神經的動物能繼續生活而無顯著的困難。我們曾在自己的研究所養了一隻貓(編號107)，它從1927年10月10日起在完全脫離交感神經系統的狀態下健康地生活了大約三年半，1931年4月，進行解剖以研究其體內組織。上述事實與以往的作者所發表的某些觀點肯定不相符合。例如麥爾策曾摘除兔和貓的頸上神經節，由於死亡率很高，他斷定這些神經節是維持生命不可缺少的因素。後來斯帕多利尼(Spadolini)聲稱，完全、廣泛地摘除貓的腸系膜神經就使它不能繼續生存。他發現有普遍的機能衰退，重度消瘦，體溫下降和胃腸道的嚴重損害。雖然我們在大批貓的身上摘除了包括內臟神經的腹部交感神經鏈，其中有一些還取走半月神經節，甚至從腹主動脈粗大分支上把神經纖維剝離下來，但我們從未看到引起任何嚴重症狀。這些觀察使我們得出這樣的結論：頸上神經節和分布在胃腸部分的交感神經對生命並不是必需的。 也許有人推測「植物」神經系統——也包括交感神經部分——可能對生長有重要意義。但我們曾在幼貓身上作了一側交感神經切除並讓它們成長到大貓那樣大，然後我們用乙醚麻醉致死並比較各個兩側對稱器官和其他部分，包括骨骼的重量。我們發現兩側並無明顯的差異。因此，看起來，交感系統同骨骼及內部器官的成長並無關係。 我們曾仔細觀察了手術前以及切除交感神經鏈的頸、胸、腹部分三者之一後的基礎代謝的變化。通常，在切除交感神經後，其代謝率有輕度的下降。根據我們的經驗，這種現象在切除頸部的交感神經鏈後最為明顯，但手術造成的基礎代謝率的下降一般不超過10％，這種程度的下降究竟有多大意義是值得懷疑的。 交感神經的切除，在其對肌肉機能和運動的影響這個問題上有人猜想，交感神經可能具有控制骨骼肌張力和對抗疲勞的作用。我們的觀察是：在單側交感神經切除後，軀體兩側的膝反射並無明顯差異。我們也曾觀察到一隻經過腳踏輪訓練的狗在下腹部單側切除交感神經後，既未見該動物整體運動的減退，也未見兩個後肢動作有任何明顯的不同。 在臨床文獻中有許多關於假設的「迷走神經緊張」和「交感神經緊張」狀態以及關於「自主神經失調」的論文資料。使用這一類名詞是基於這樣的概念：在正常狀態下，自主神經系的交感神經部分與腦段的作用常常是互相對立的，而這種對立作用的結果，是取得二者之間的平衡。我們可以從某些器官看到這種對立的證據，但它不是普遍存在的，在沒有這種對立狀態的地方也談不上出現「自主神經失調」的情況。但即使在可能有互相拮抗的地方，切除交感神經節後所出現的變化也不一定表現出拮抗系統中有某一方占據絕對優勢，一開始瞳孔收縮了，但以後收縮又減弱；一開始去神經的血管擴張了，但不久有跡象表明血管又重新回到某種程度的局部緊張狀態。簡單說來，值得注意的是並不存在永久的異常狀態。 關於交感神經切除不引起軀體中顯著改變的問題就談到這裡。現在讓我們看一看一些自主神經系統出現缺陷的問題。 V 在我們第一次發表的報告中，我們說過，交感神經的切除不能制止雌性的生殖和泌乳的機能。這個報告所根據的觀察，是在剛要分娩之前不久接受了交感神經切除的一個動物身上進行的。圖39就是這個動物和它的兩個仔貓的照片，在動物上方展示著它的兩條交感神經鏈。這個動物果真哺育其中一個小貓，直到它能自行覓食。但是以後另一個已切除交感神經達數月之久的雌貓又生下三個仔貓。這時所看到的意外事實是，乳房不能分泌乳汁；但更意外的是母貓全然缺乏母性的關心，母貓不去照料小貓。當使它臥下並把小貓帶到它身旁讓它餵奶時，它馬上站起來走開，毫無關心它們溫飽之意。但進一步的證據表明，這種行為並非總是動物全然失去哺育後代能力的特徵。 在切除動物的全部交感神經之後，它們的工作能力就大大降低。我們對一隻狗作了交感神經全部切除，這隻狗事前已被訓練蹬腳踏輪直到完全疲乏為止。在腳踏輪運動標準速度下它能堅持 圖40：正常貓在情緒興奮後血糖有增加，而去交感神經的貓，其血糖在同樣刺激下沒有任何相應的增加效應。圖下方標示的數字是試驗動物的編號。 約兩小時，只在運動將近結束時中斷一下給狗以短時間的休息。經切除交感神經後，動物工作的能力下降了大約35％。當然，迷走神經仍然是完整的，通過迷走神經的緊張性的降低，心跳可以加速些。然而，體內血液的再分配和血壓的升高、細支氣管的擴張以及腎上腺素的分泌——正如我們所知道的，這些都是有利於延長肌肉的活動的——都不再發生。在這種狀態下，動物不能像手術前那樣有效能地完成任務，這是完全可以理解的。 除了循環器官缺乏適應性的變化外，還存在著肝臟釋放糖的障礙。通過情緒興奮在交感神經切除前後對血糖效應的測定，可以看出這個事實。如圖40所示，3—10分鐘的興奮在正常動物所引起的血糖增高平均達到34％。反之，在切除交感神經的動物中，給予類似長短的興奮並不引起血糖水平相應的增高。 另外，切除交感神經的動物接受興奮刺激時不發生豎毛。和這種交感神經系統作用消失的跡象並存的是，不發生正常情況下興奮所能引起的紅細胞增多。這種障礙是由於脾失去協同作用，因為，如伊茲奎多(Izquierdo)和我以及曼金(Menkin)所證實，切斷通向脾臟的神經會使得這個必要時能釋放額外血細胞的重要器官失去作用。所有這些特徵——循環機能不全，釋放糖和釋放額外血細胞的機制紊亂——對導致動物肌肉活動效能的減低無疑會發生作用。必須承認，關於這幅景象的許多細節還有待於更進一步的工作才能從量的方面作出明確說明，但是我相信，其中主要特徵仍是如我所陳述的。 VI 去交感神經的動物不僅肌肉的活動能力不足；而在寒冷刺激下它的機能也是不完全的。圖38證明，在切除交感神經後寒冷刺激並不引起豎毛，這就是說，寒冷對立毛肌不產生局部收縮效應。血管平滑肌也同樣失去神經支配；因而寒冷對血管也沒有局部收縮效應。由於這兩個原因，散熱不再受到控制。加上機體失去了增加腎上腺素分泌的作用，而腎上腺素在體溫趨於下降時是能促進產熱的。由於這種種原因，去交感神經動物當它面臨維持正常體溫的問題時就暴露出生理上的缺陷。這類動物在寒冷氣候下的行為表現與這種缺陷狀態是相符合的。它對冷空氣和寒風表現出明顯的厭惡，在冬季的寒冷天氣，它蜷伏在熱源近旁，只有在餵食的時間才離開那裡。 為了試驗去交感神經動物對寒冷的反應，我們把動物放在溫度範圍在0.8°至6．0℃(33.2°至42.3oF)的冷藏室內，觀察了它們的體溫和寒戰情況。典型結果示於圖41，實線描出正常動物在冷環境中停留約兩個小時後的體溫變化，虛線代表去交感神經動 圖41：放在冷室中的貓體溫記錄。實線代表正常貓出現的效應；虛線代表去交感神經後的效應。發生的寒戰用鋸齒形符號標記在曲線下方；鋸齒形的大小約略代表寒戰反應的強度。 物在同樣條件下的變化。注意看一下在393號和396號貓交感神經切除前及切除後所做的觀察。如393號的記錄清楚地證明，在兩種條件下動物的反應存在著引人注目的差異。在去交感神經後體溫出現了更低的下降——體溫果真很快下降到一個它尚能維持的低點，寒戰出現的次數更多，也更顯著。這種以鋸齒形線條表示的反應在393號貓切除交感神經之前完全看不到，但在這種手術後卻十分明顯。在其他去掉交感神經的動物中，這種現象也是很顯著的。除運動外，寒戰是留給動物抵禦溫度劇降的僅有手段，因此例如在400號貓所看到的，它能維持的實際的低溫狀態可能反映了寒冷環境中散熱與通過寒戰作用產熱之間的一個平衡狀態。尤其要注意看一下107號貓的記錄。它就是我前面提到過的1927年10月10日以後失去了交感系統的那隻貓。從那時以後所經過的歲月中，這隻動物看來已習慣於靠寒戰作為抵禦溫度下降的主要保護手段。被放到冷室後它很快就開始劇烈發抖，並靠這種做法防止體溫的明顯下降，也果然做到了維持其正常的溫度水平。 失去交感神經後存在的困難不僅在於制止體溫下降的傾向。我們得到的證據說明在制止體溫上升傾向上同樣存在著困難。我們曾想知道一個直立動物是否能在交感神經切除後保持正常行動，因此在一個猴子身上摘除了交感神經鏈。為了使所有的猴子能享受日光和新鮮空氣，在7月的一個熱天把它們放在實驗室附近的庭院中。正常動物全然不受熱的不利影響。但是沒有交感系統的那個動物則短時間內就出現了很高的體溫；真的，它中暑倒下了。 VII 剛才我所報告的結果可能由於下述原因而給人以較深刻的印象，即摘除交感系統所造成的後果比起真正的缺損現象要輕些。但必須承認，這種輕度後果可能給人們造成錯誤的印象，動物固然能繼續生存，但它們是生活在實驗室的保護性環境裡，在這裡，一年四季沒有明顯的溫度變化，也沒有為食物而鬥爭的需求，不存在著逃避敵人的需要，不存在著出血的危險。這是一個非常特殊的、局限的生活方式。根據這樣的觀察結果來作判斷，我們很容易得出這樣的推論：交感神經系統對軀體的固有機能來說是次要的。這樣的推論是錯誤的。如果這些動物被放在外面世界而不得不面對著為了食物與安全而鬥爭的需要時，則它在需糖時沒有血糖升高，沒有紅細胞的增加，沒有內臟血管收縮來升高血壓並加快血流，沒有顯著的心跳加速，沒有循環的再分配以利於正在收縮的肌肉，也沒有腎上腺分泌來促進血凝和支持疲乏的肌肉。去交感神經動物的缺陷會在遭受寒冷或暑熱時明顯地表現出來。當緊急事態來臨時，它就不能保持自身內環境的穩定。 參考文獻 Cannon and Bright. Am. Journ. Physiol., 1931, xcvii, 319. Cannon, Newton, Bright, Menkin and Moore. Am. Journ. Physiol.,1929, lxxxix, 84. Izquierdo and Cannon, Ibid., 1928, lxxxiv, 545. Menkin. Ibid., 1928, lxxxv, 489. Meltzer. Proc. Nat'l Acad. Sci. 1920, vi, 532., Spadolini. Arch. Ital. de Biol., 1926, lxxvii, 17.